4 Конструктивный расчёт
Площадь сечения насадочной части экстрактора
.
Диаметр насадочной части экстрактора
.
Высота массообменной зоны
.
где
- высота, эквивалентная теоретической
ступени изменения концентрации, м. Для
пакетной насадки КРиМЗ обычно принимается
=1
м;
- число
теоретических тарелок. Определяется
как число ступеней между кривой равновесия
и рабочей линией экстракции, смотреть
рисунок 4.1
Рисунок 4.1 – К определению числа теоретических тарелок
Из рисунка
находим
,
тогда высота реакционной зоны
.
Скорость расслаивания
,
где
- межфазное натяжение,
.
Принимаем
;
-
высота слоя капель на границе раздела
фаз, м. Принимаем
;
- диаметр капель,
м. Принимаем
,
.
Диаметр верхней отстойной зоны
.
Высота верхней отстойной зоны
.
где
- высота расширителя заполненного
сплошной фазой, мм. Принимаем 200 мм;
- слой капель на границе раздела фаз, мм. Принимаем 100 мм;
-
слой отстоявшейся органической фазы,
мм. Принимаем 500 мм;
-
высота воздушника, мм. Принимаем 200 мм,
.
Диаметр нижней отстойной зоны допускается принимать
.
Высоту нижней отстойной зоны допускается принимать
.
Для расчёта
диаметров штуцеров зададимся скоростью
движения жидкостей в них
- для сплошной среды,
-
для дисперсной фазы, тогда диаметр
штуцеров подвода и отвода сплошной фазы
(исходный раствор и рафинат)
.
Диаметр штуцеров подвода и отвода дисперсной фазы (экстрагент и экстракт)
.
Все диаметры округляются до стандартных значений. Таким образом, окончательно получаем:
-
;
-
;
-
;
-
;
-
.
5 Прочностной расчёт
5.1 Выбор материала
В качестве
материала выбираем коррозионно-стойкую
сталь 08Х18Н10Т. Допускаемые напряжения
и модуль упругости для этой стали [2]
и
соответственно.
5.2 Расчёт цилиндрических частей корпуса
Расчётная толщина стенки обечайки [2]
, (1)
где
- толщина рассчитываемого элемента, мм;
- избыточное
расчётное давление внутри обечайки
аппарата, МПа;
- внутренний
диаметр аппарата, мм. Для расчёта
принимаем
;
- расчётный
коэффициент прочности продольного
сварного шва, [2]. Сварочный шов выбираем
стыковой с двусторонним проваром,
контроль качества шва осуществлять по
всей длине.
Гидростатическое давление столба жидкости внутри обечайки аппарата
,
где
- ориентировочный удельный вес жидкости
в аппарате,
.
Принимаем 0.01
;
- высота столба
жидкости в аппарате, м,
Тогда с учётом гидростатического давления
,
где
- избыточное рабочее давление внутри
обечайки аппарата без учёта гидростатического
давления, МПа,
Тогда толщина стенки цилиндрической обечайки нижней отстойной зоны
Исполнительная толщина стенки [2]
, (2)
где с – суммарная прибавка толщины стенки на коррозию, неточности и округления.
Прибавку принимаем из соображения коррозионного износа, [3]
где
-
скорость коррозии, мм/год [2]
-
срок эксплуатации аппарата, год. Принимаем
;
Тогда
Исполнительная толщина обечайки нижней отстойной зоны аппарата
.
Принимаем
толщины остальных элементов корпуса
колонны (насадочная часть и конические
переходы)
.
Так как цилиндрические части обечаек
верхней отстойной зоны и насадочной
части находятся в менее нагруженных
условиях (меньший диаметр насадочной
части и отсутствие гидростатического
давления в верхней зоне) то необходимо
произвести лишь проверочный расчёт
конических переходов.
В качестве исходного материала цилиндрических частей обечайки выбираем стальные горячекатаные листы по ГОСТ 7350-77, размеры листов по желанию заказчика. Допуск на толщину +0.2 мм по ГОСТ 19903-74 что является удовлетворительным.
Допускаемое внутреннее избыточное давление внутри цилиндрической обечайки аппарата [2]
, (3)
Допускаемое давление больше рабочего, значит условие прочности выполнено.